中枢神経系におけるNMDA誘導性一酸化窒素生成とCREB活性化は真核生物の伸長因子2キナーゼに依存している

NMDA-induced nitric oxide generation and CREB activation in central nervous system is dependent on eukaryotic elongation factor 2 kinase.

• Luis Felipe Homem Gladulich
• Maria Carolina Peixoto-Rodrigues
• Paula Campello-Costa
• Roberto Paes-de-Carvalho
• Marcelo Cossenza

抄録

NMDA受容体は中枢神経系の生理機能に重要な役割を果たしており、その作用の一部はL-アルギニンからの一酸化窒素産生の促進、シグナル伝達経路の活性化、転写因子CREBの活性化などを介して行われている。これまでの研究では、細胞内の遊離L-アルギニン濃度の上昇が一酸化窒素（NO）生成に直接関係し、タンパク質合成の阻害や遊離L-アルギニン濃度の上昇によって促進されることを網膜細胞で実証してきた。カルシウム/カルモジュリン依存性キナーゼである真核生物伸長因子2キナーゼ（eEF2K）は、タンパク質合成阻害につながるNMDA受容体によって活性化されることも知られている。ここでは、eEF2KがNMDA誘導NOシグナル伝達にどのように関与しているかを調べた。その結果、この酵素が阻害されると、NMDAはNO合成を促進する能力を失うことがわかりました。一方、シクロヘキシミドによるタンパク質合成阻害や外因性L-アルギニンの添加によりNO合成が亢進した場合、eEF2Kは関与しておらず、この酵素とNMDA誘導NOシグナル伝達との間に特異的な関係があることが示された。我々は以前に、網膜細胞において、通常のNOシグナル伝達経路（グアニルシクラーゼ/cGMP/cGK）を阻害すると、グルタミン酸によるCREBの活性化が阻害されることを示した。興味深いことに、eEF2Kを薬理学的に阻害すると、NMDAによるCREB活性化が完全に阻害され、NMDA受容体シグナル伝達におけるeEF2Kの重要性が改めて示された。要約すると、我々はここで、NMDA依存性ニトログシグナルを直接制御し、神経細胞におけるL-アルギニンの利用可能性を調節するeEF2Kの新たな役割を示したが、これは中枢神経系におけるNMDA受容体が関与する生理学的および病理学的プロセスの研究のための新たなターゲットとなる可能性がある。

The NMDA receptor is crucial to several functions in CNS physiology and some of its effects are mediated by promoting nitric oxide production from L-arginine and activation of signaling pathways and the transcription factor CREB. Our previous work demonstrated in retinal cells that increasing intracellular free L-arginine levels directly correlates to nitric oxide (NO) generation and can be promoted by protein synthesis inhibition and increase of free L-arginine concentration. Eukaryotic elongation factor 2 kinase (eEF2K), a calcium/calmodulin-dependent kinase, is also known to be activated by NMDA receptors leading to protein synthesis inhibition. Here we explored how does eEF2K participate in NMDA-induced NO signaling. We found that when this enzyme is inhibited, NMDA loses its ability to promote NO synthesis. On the other hand, when NO synthesis is increased by protein synthesis inhibition with cycloheximide or addition of exogenous L-arginine, eEF2K has no participation, showcasing a specific link between this enzyme and NMDA-induced NO signaling. We have previously shown that inhibition of the canonical NO signaling pathway (guanylyl cyclase/cGMP/cGK) blocks CREB activation by glutamate in retinal cells. Interestingly, pharmacological inhibition of eEF2K fully prevents CREB activation by NMDA, once again demonstrating the importance of eEF2K in NMDA receptor signaling. In summary, we demonstrated here a new role for eEF2K, directly controlling NMDA-dependent nitrergic signaling and modulating L-arginine availability in neurons, which can potentially be a new target for the study of physiological and pathological processes involving NMDA receptors in the central nervous system.

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